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1、精选优质文档-倾情为你奉上精准养分管理精准农业中的土壤养分快速测定技术杨俐苹，白由路（中国农业科学院土壤肥料研究所，北京）在精准农业技术体系中，了解土壤养分空间变异状况是土壤养分精准管理和变量施肥技术的基础。因此准确而快速测定和评价土壤养分状况，是进行土壤养分精准管理所必需的技术支持。经过多年的测土推荐施肥实践，笔者认为，“土壤养分状况系统研究法” 1,2正是适合在精准农业中应用的土壤肥力快速测定技术。该技术包括一系列先进的实验室前处理、分析设备和联合浸提剂等分析技术手段。在土壤养分状况评价和测土推荐施肥中, 综合考虑各大、中、微量营养元素的全面均衡供应，更加真实准确地评价土壤养分状况和最大限
2、度地提高肥料利用效率。通过应用联合浸提剂和实验室系列设备实现系列化操作，进行批量处理和快速分析，显著提高了土壤测试的工作效率，单人操作，一天可以完成60个土样11种营养元素( NH4+-N、P、K、Ca、Mg、S、B、Cu、Fe、Mn、Zn)以及pH、有机质、活性酸等14个项目840个项次的分析测定, 大大提高测土推荐施肥工作的时效性。此外，在大量土壤测试、盆栽试验和田间试验示范的基础上，我们已经建立了从土壤测试到施肥推荐功能齐全的数据库、数据管理系统和高产高效平衡施肥咨询服务系统。由于在土壤养分精准管理技术中，一般采用网格取样技术，因此所需分析的土壤样品量较大，如果采用常规的土壤分析方法，难
3、以达到快速测定的要求。而“土壤养分状况系统研究法”从了解土壤养分变异到指导变量施肥，形成了系列配套技术，能够满足精准农业的技术要求。 1分析方法介绍 在土壤养分精准管理中，一般采用网格取样3,4，即在网格交汇处，以网格交汇点为圆心，在约3m半径内取810钻耕层土样，混合为一个土样。网格大小取决于土壤养分的空间变异程度，但一般在50150m范围。土壤样品经风干、过2mm筛后留250g左右备用。测定时用取样勺量取样品进行分析，既简单又快速。该方法在美国、加拿大已广泛使用。它改变了我国传统的称量法，土壤养分含量的表示方法以单位体积计算，因为植物根系是生长在一定体积的土壤中，因此单位体积的养分含量更能
4、代表田间养分的实际状况5。在下面的分析方法中，用到了一种凝絮剂-Superfloc 127，它是一种高分子的聚丙烯酰胺，其主要作用是加速浸提剂的过滤而不影响测定结果。配制方法为：称取5.0g Superfloc 127放入1000mL烧杯中，加5 mL甲醇，边搅拌边加无离子水，最后加水至1000mL。放置12小时，储备在密闭瓶中。每次根据所需重量取用必要的体积，取用前注意充分摇匀。文中所有试剂配制的用水皆为无离子水。1.1 土壤有效磷、钾、铜、铁、锰、锌的测定 1.1.1 ASI浸提剂(0.25 mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01 mol/L NH4F)的配制称
5、取210g NaHCO3、37.2g EDTA二钠、3.7g NH4F，加水溶解，再加入0.5g 已溶解的Superfloc 127，最后，加水定容至10 L，摇匀。1.1.2 方法要点HCO3-离子，是石灰性土壤中有效Ca-P的理想提取剂，也能提取部分Fe-P 和Al ?P；EDTA对Fe、Al、Ca均具有螯合力；F离子，是Al-P的强力提取剂，其次是Fe-P，再次才是Ca-P6。可见ASI浸提剂对不同形态的P皆具有提取作用，可作为一种通用浸提剂。浸提出的磷用钼锑抗比色法测定。浸提出的钾用原子吸收分光光度计（AA）测定。EDTA作为螯合剂可把Cu、Zn、Mn、Fe浸提出来，然后用AA测定。该
6、方法与我国土壤测定的常规化学方法7呈显著相关8。 1.1.3 试剂配制1）磷溶液“A” 称0.45g三氧化二锑于1000mL 烧杯中，加5mL浓HCl将其溶解，再加300400mL水（溶液呈乳状），然后将烧杯浸于冷水中，边搅拌，边小心加入145mL浓H2SO4。将7.5g 钼酸铵(NH4)6 Mo7 O24 4H2O溶解于300mL水中。 上述两种溶液冷却至室温后，混合，定容至1000mL（在冰箱中可保存10周）。2）磷溶液“B”将7g 无磷明胶溶解于500mL热水中，（如明胶含磷，冷却后使其通过阴离子交换树脂，再用2000mL无离子水把明胶洗净即可），稀释至10 L，加入10mL 0.0l
7、mol/L AgNO3，以防止微生物生长。3）磷显色液“C”测定的当天，将150mL磷溶液“A”加到1000mL磷溶液“B”中，并加入1g 抗坏血酸，溶解后便可使用。4）磷、钾标准溶液1000 mg /L磷（P）标准储备液：称取4.07gCaH4(PO4)2 H2O, 溶解在500mL水中，加入5mL 浓HCl，定容1000mL。1000 mg /L钾（K）标准储备液：称取KCl（110烘干2小时）1.9068g，溶解定容1000mL。用ASI浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表1。 (表：表1 磷、钾工作曲线浓度系列 )系列 P(mg/L) K(mg/L) 1 0.0 0.0 2 2.5 5
8、.0 3 5.0 10.0 4 10.0 20.0 5 20.0 40.0 使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效磷（P）、钾（K）的含量是: 0.0，25.0，50.0， 100.0，200.0mg/L 土壤；0.0，50.0，100.0，200.0，400.0 mg/L 土壤。5）铜、铁、锰、锌标准溶液铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）标准储备液：用盐酸溶解纯金属元素，配制1000 mg/L的标准储备液。或购买1000 mg/L的铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）标准溶液。用无离子水稀释成含铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）的浓度分别为100 mg
9、/L、500 mg /L、200 mg /L、100 mg /L的混合标准储备液。用ASI浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表2。 使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）的含量分别是:0.0，5.0， 10.0， 20.0 mg /L 土壤；0.0，25.0，50.0， 100.0 mg /L 土壤；0.0，10.0，20.0， 40.0 mg /L 土壤；0.0，5.0， 10.0， 20.0 mg /L 土壤。1.1.4 操作步骤1) 取2.5mL土样，加入25mL ASI浸提剂，用每分300315转的搅拌机（器）搅拌10分钟，过滤。(搅拌
10、速度不要过高，否则使Superfloc127的链断裂，降低其效果)。 (表：表2 铜、铁、锰、锌工作曲线浓度系列 )系列 Cu(mg/L) Fe(mg/L) Mn(mg/L) Zn(mg/L) 1 0.0 0.0 0.0 0.0 2 0.5 2.5 1.0 0.5 3 1.0 5.0 2.0 1.0 4 2.0 10.0 4.0 2.0 2) 取1mL滤液，加9mL水，10mL磷显色液“C”，混匀，半小时后用分光光度计（波长680nm）测定磷含量（用同样方法做标准曲线）。测磷前， 用原子吸收分光光度计（AA）测定显色液中K含量。3) 用AA直接测定滤液中Cu，Fe，Mn，Zn含量。含量如太高可
11、稀释后再测定。1.2 土壤活性酸、有效NH4+-N、Ca、Mg的测定1.2.1 浸提剂(l mol/L KCl)的配制将745g KCl溶解在水中，并加0.25g预先溶解的Superfloc 127，加无离子水至10 L，摇匀。1.2.2 方法要点 用该方法浸提出的酸包括交换性H+及交换性Al3+水解产生的H+，用NaOH进行中和滴定。交换出来的Ca2+、Mg2+ 用原子吸收分光光度计测定。土壤浸提剂中的NH4+，在强碱性介质中与次氯酸盐和苯酚反应，生成水溶性染料靛酚蓝，用比色法测定。 1.2.3 试剂配制1）0.01 mol/LNaOH称取0.40g NaOH用无离子水溶解定容至1000mL
12、。2）酚酞指示剂称取0.05g酚酞溶解于50mL乙醇（或甲醇）中，再加入50mL水即可。3）NaOH溶液（测NH4+-N用）将27g NaOH、3g EDTA二钠、5g 醋酸钠溶解于1000mL水中，储存于聚乙烯瓶中备用。其中EDTA二钠作为金属离子的掩蔽剂，防止干扰。醋酸钠可增加颜色的稳定性。4）90%苯酚溶液将90g苯酚溶解于100mL水中。注意苯酚易潮解结块，不便取用，可在新购苯酚时把它配成90苯酚溶液，用前摇匀。5）碱性苯酚溶液测定当天，将12mL 90%苯酚溶液,加到250mL 测 NH4+用的NaOH溶液中，混匀。6）次氯酸钠(NaOCl)溶液在4 L的水中加入1000mL 5.2
13、5%的NaOCl。7）1%镧溶液称取59g La2O3放入1000mL烧杯中，加入约50 mL水，然后小心加入250 mL浓HCl，使之溶解。注意加HCl时动作一定要慢，并把烧杯放在冷水中冷却，否则溶液会沸腾溢出，最后定容至5 L。该试剂为抗干扰剂，也可用氯化锶溶液代替。8）NH4+-N、Ca、Mg、Na标准液的配制标准储备液的配制：称取3.82g NH4Cl（65烘4小时）、27.745g CaCl2（105烘4小时）、20.91g MgCl26H2O(新购试剂)、5.08g NaCl（105烘4小时）溶解定容至1000mL。该溶液含NH4+-N 、Ca、Mg和Na的浓度分别为1000mg
14、/L、10000mg /L、2500mg /L、2000mg /L。用l mol/L KCl浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表3。 (表：表3 NH+4-N、Ca、Mg、Na工作曲线浓度系列 )系列NH4+-N(mg/L)Ca(mg/L)Mg(mg/L)Na(mg/L)10.000.00.025.05012.57.5310.010025.015.0420.020050.030.0540.0400100.060.0使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效NH4+-N、Ca、Mg、Na的含量分别是:0，50， 100， 200， 400 mg /L 土壤；0，500，1000，2000，400
15、0 mg /L 土壤；0，125，250， 500, 1000 mg /L 土壤；0，75， 150， 300, 600 mg /L 土壤。1.2.4 操作步骤(1) 取2.5mL 土样，加入25mL l mol/L KCl浸提剂，搅拌10分钟，过滤。 (2) 取10mL滤液，加入15mL去离子水，再加入34滴酚酞指示剂，边搅边用0.01 mol/L NaOH滴定至粉红色。(3) 取3mL滤液，加入4mL碱性苯酚溶液，再加入10mL次氯酸钠溶液，放置30分钟，但不超过2小时，用分光光度计在630nm处比色，测定NH4+-N（用同样方法做标准曲线）。(4) 取1mL滤液，加9 mL水, 10mL
16、 1%镧溶液，混匀，用原子吸收分光光度计测定Ca、Mg、Na含量。1.3 土壤中有效硫、硼的测定1.3.1 浸提剂(0.08 mol/L Ca(H2PO4)2 H2O)的配制 称取20.2g Ca(H2PO4)2 H2O放入1000mL烧杯中，加约800mL水，加入10 mL浓HCl使之溶解，再加入0.5g已溶的Superfloc 127，最后定容至10 L，然后再加入10 mL 0.0141 mol/L AgNO3，以防止微生物生长。1.3.2 方法要点在酸性介质中，SO42-和Ba2+作用生成溶解度很小的BaSO4白色沉淀，由于BaSO4沉淀的颗粒大小与沉淀时的温度、酸度、BaCl2的局部
17、浓度、静止时间长短等条件有关，所以测试样品的条件应尽可能一致，以减小误差。硼的测定，采用姜黄素比色法，也是在酸性条件下进行。姜黄素以酮型和烯醇型存在，它可与硼络合形成玫瑰花青苷，应严格控制显色条件，以保证玫瑰花青苷的形成，否则再现性不好。注意在硼的测定中，所用的器皿不应含硼。1.3.3 试剂配制1) 测S的酸溶液在500 mL水中加入130 mL浓HNO3，400 mL冰醋酸，10g已溶解的聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)，最后加6 mL 1000mg/L SO4-S（如工作曲线或土壤样品中S的含量低，浓度低时标准曲线不成直线，故加入等量S溶液，使S浓度提高），定容至2 L。2) 冰醋酸溶液将
18、l20 mL冰醋酸加入去离子水中，定容至1000mL。3) BaCl2溶液测试的当天，将15.0g BaCl2 2H2O溶解在100 mL上述冰醋酸溶液中。根据所测样品量计算所需配BaCl2溶液体积。4) 姜黄素溶液称取0.75g姜黄素，加入20 mL乙二醇，混匀，再加1000mL的冰醋酸，摇动使姜黄素溶解。该溶液需每周新配。5) 浓硫酸比重1.84的浓硫酸6) 甲醇无水甲醇。7) 硫、硼标准溶液配制 标准溶液配制：称取8.154g K2SO4（105烘4小时）、0.5720g干燥的优级纯H3BO3，溶解定容至1000mL无离子水中。该溶液中S和B的浓度分别为1500mg /L和 100mg
19、/L用0.08 mol/L CaH4（PO4）2 H2O的浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表4。使用表4中的标准系列浓度，所测得的风干土中土壤有效S、B的含量分别是:0.0，37.5， 75.0， 150.0 mg /L 土壤； 0.0，2.5， 5.0， 10.0 mg /L 土壤。 (表：表4 S和B工作曲线浓度系列 )系列 S(mg/L) B(mg/L) 1 0.0 0.0 2 7.5 0.5 3 15.0 1.0 4 30.0 2.0 1.3.4 操作步骤取5 mL土样，置于聚已烯烧杯中，加25 mL浸提剂，搅拌10分钟，过滤。1) 硫的测定取7 mL滤液，加9 mL酸溶液，4 mL
20、 BaCl2溶液，混匀。放置10分钟以上，在30分钟内比色完毕，波长为535 nm（用同样方法做标准曲线）。注意，测硫时的所有溶液不应低于23，否则沉淀不理想。2) 硼的测定取0.5 mL滤液，加3.5 mL姜黄素溶液，混匀；加入1 mL浓硫酸（加浓硫酸时产生热量，应使用聚乙烯烧杯，烧杯应倾斜，使硫酸能直接加到溶液中），混匀，放置1.5小时；然后加15 mL甲醇，混匀后放置25分钟，并在60分钟内比色完毕，波长为555 nm（用同样方法做标准曲线）。1.4 土壤有机质的测定1.4.1 浸提剂(0.2mol/L NaOH-0.01 mol/L EDTA-2%甲醇)的配制称取160g NaOH、7
21、4.4g EDTA二钠，放入1000mL 烧杯中，加水溶解，倒入已加水5 L 的25 L塑料桶中，再加入400 mL甲醇，最后加水至20 L，摇匀。1.4.2 Superfloc 127溶液将已溶解的0.5gSuperfloc 127，加水定容至10 L。1.4.3 操作步骤 取1 mL土样，加入25 mL浸提剂，搅拌10分钟，然后加入25 mL Superfloc 127溶液，搅匀后放置20分钟。取2 mL上清液，加10 mL水，在420 nm波长处读其透光率。用以下标准曲线换算成土壤有机质含量：T% 100 33 11 OM%03.57.01.5 土壤pH测定取10 mL土样加入25 mL
22、水，搅拌10分钟，放置30分钟，然后用搅拌式pH计测定pH值。2 土壤养分状况系统研究法临界值及养分分级土壤养分状况系统研究法以不同土壤质地或阳离子交换量对养分进行分级。其临界值及分级指标见表5。当土壤养分测试值低于临界值时，土壤养分会严重影响作物生长，必须通过施肥进行补充；当土壤养分测试值为中等时，一般也需要通过施肥补充作物生长不足的养分量；当土壤测试值处于高水平时，对一般作物而言，在中低产条件下，可不施用该种养分，但在高产条件下，或对敏感作物也应施用该种养分；当土壤养分测试值处于极高水平时，不施用这些元素，不会引起作物减产。 (表：表5 土壤养分状况系统研究法土壤养分分级指标(mg/L)
23、)CaMgKNPSBCuFeMnZn低(临界值) 260 50 605012120.211021砂土(或CEC5cmol/L)中260700501806010050100122412240.20.412102021212高7002000182600100140100300244824400.46.02320301212524极高200060014030048406.033001254低(临界值)400120805012120.211052壤土、粘土(或CEC5cmol/L)中40012001203008012050100122412240.20.612103051523高12004800300
24、1460120160100300246024400.68.023303001515036极高4800146016030060408.033001506主要参考文献 1 Dowdle S and Portch S. A systematic approach for determining soil nutrient constrains and establishing balanced fertilizer recommendations for sustained high yield. Proceedings of the International Symposium on Balan
25、ced Fertilization. China, 1988:243251.2 Hunter A H. Laboratory and greenhouse techniques for nutrient survey to determine the soil amendments required for optimum plant growth. Mimeograph. Agro Service International, Florida, USA, 1988.3 Fixen P E. Research needs for site-specific nutrient managemen
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